一、什么是線程池：

線程池主要是為了解決 新任務(wù)執(zhí)行時，應(yīng)用程序為任務(wù)創(chuàng)建一個新線程 以及 任務(wù)執(zhí)行完畢時，銷毀線程所帶來的開銷。通過線程池，可以在項目初始化時就創(chuàng)建一個線程集合，然后在需要執(zhí)行新任務(wù)時重用這些線程而不是每次都新建一個線程，一旦任務(wù)已經(jīng)完成了，線程回到線程池中并等待下一次分配任務(wù)，達到資源復(fù)用的效果。

1、線程池的主要優(yōu)勢有：

（1）降低資源消耗：通過池化技術(shù)重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程，降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的損耗。
（2）提高響應(yīng)速度：任務(wù)到達時，無需等待線程創(chuàng)建即可立即執(zhí)行。
（3）提高線程的可管理性：線程是稀缺資源，如果無限制創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會因為線程的不合理分布導(dǎo)致資源調(diào)度失衡，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
（4）提供更多更強大的功能：線程池具備可拓展性，允許開發(fā)人員向其中增加更多的功能。比如延時定時線程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允許任務(wù)延期執(zhí)行或定期執(zhí)行。

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二、創(chuàng)建線程池：

1、通過Executors創(chuàng)建線程池：

在JUC包中的Executors中，提供了一些靜態(tài)方法，用于快速創(chuàng)建線程池，常見的線程池有：

（1）newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建一個只有一個線程的線程池，串行執(zhí)行所有任務(wù)，即使空閑時也不會被關(guān)閉。可以保證所有任務(wù)的執(zhí)行順序按照任務(wù)的提交順序執(zhí)行。如果這個唯一的線程因為異常結(jié)束，那么會有一個新的線程來替代它。

適用場景：需要保證順序地執(zhí)行各個任務(wù)；并且在任意時間點，不會有多個線程活動的應(yīng)用場景。

（2）newFixedThreadPool：創(chuàng)建一個固定線程數(shù)量的線程池（corePoolSize == maximumPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作為阻塞隊列）。初始化時線程數(shù)量為零，之后每次提交一個任務(wù)就創(chuàng)建一個線程，直到線程達到線程池的最大容量。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執(zhí)行異常而結(jié)束，那么線程池會補充一個新線程。

適用場景：為了滿足資源管理的需求，而需要限制當(dāng)前線程數(shù)量的應(yīng)用場景，它適用于負載比較重的服務(wù)器。

（3）newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個可緩存的線程池，線程的最大數(shù)量為Integer.MAX_VALUE。空閑線程會臨時緩存下來，線程會等待60s還是沒有任務(wù)加入的話就會被關(guān)閉。

適用場景：適用于執(zhí)行很多的短時間異步任務(wù)的小程序，或者是負載較輕的服務(wù)器。

（4）newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個支持執(zhí)行延遲任務(wù)或者周期性執(zhí)行任務(wù)的線程池。

2、ThreadPoolExecutor構(gòu)造函數(shù)參數(shù)的說明：

使用Executors創(chuàng)建的線程池，其本質(zhì)都是通過不同的參數(shù)構(gòu)造一個ThreadPoolExecutor對象，主要包含以下7個參數(shù)：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {// 省略...}

（1）corePoolSize：線程池中的核心線程數(shù)，當(dāng)提交一個任務(wù)時，線程池創(chuàng)建一個新線程執(zhí)行任務(wù)，直到當(dāng)前線程數(shù)等于corePoolSize；如果當(dāng)前線程數(shù)為corePoolSize，繼續(xù)提交的任務(wù)被保存到阻塞隊列workQueue中，等待被執(zhí)行；如果執(zhí)行了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前創(chuàng)建并啟動所有核心線程。

（2）maximumPoolSize：線程池中允許的最大線程數(shù)。如果當(dāng)前workQueue滿了之后可以創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

（3）keepAliveTime：空閑線程的存活時間。

（4）unit：keepAliveTime空閑線程存活時間的單位；

（5）workQueue：阻塞隊列，用來存放等待被執(zhí)行的任務(wù)，且任務(wù)必須實現(xiàn)Runnable接口，在JDK中提供了如下阻塞隊列：

• ArrayBlockingQueue：基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊列，按FIFO排序任務(wù);
• LinkedBlockingQuene：基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊列，按FIFO排序任務(wù)，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
• SynchronousQuene：一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另一個線程調(diào)用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene
• PriorityBlockingQuene：具有優(yōu)先級的無界阻塞隊列；
• DelayQueue：一個使用優(yōu)先級隊列實現(xiàn)的無界阻塞隊列，只有在延遲期滿時才能從中提取元素。
• LinkedTransferQueue：一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊列。與SynchronousQueue類似，還含有非阻塞方法。
• LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊列。

（6）threadFactory：線程工廠，主要用來創(chuàng)建線程，默認(rèn)為正常優(yōu)先級、非守護線程。

（7）handler：線程池拒絕任務(wù)時的處理策略。

3、不要使用Executors創(chuàng)建線程池：

阿里巴巴開發(fā)手冊并發(fā)編程有一條規(guī)定：線程池不允許使用Executors去創(chuàng)建，而是通過ThreadPoolExecutor的方式，這是為什么呢？主要是因為這樣的可以避免資源耗盡的風(fēng)險，因為使用Executors返回線程池對象的弊端有：

（1）FixedThreadPool 和 SingleThreadPool 允許的阻塞隊列長度為 Integer.MAX_VALUE，這樣會導(dǎo)致堆積大量的請求，從而導(dǎo)致OOM；

（2）CachedThreadPool 允許創(chuàng)建的線程數(shù)量為 Integer.MAX_VALUE，可能會創(chuàng)建大量的線程，從而導(dǎo)致 OOM。

所以創(chuàng)建線程池，最好是根據(jù)線程池的用途，然后自己創(chuàng)建線程池。
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三、線程池執(zhí)行策略：

執(zhí)行邏輯說明：

（1）當(dāng)客戶端提交任務(wù)時，線程池先判斷核心線程數(shù)是否小于corePoolSize，如果是，則創(chuàng)建新的核心線程數(shù)運行這個任務(wù)；

（2）如果正在運行的線程數(shù)大于或等于corePoolSize，則判斷workQueue隊列是否已滿，如果未滿，則將任務(wù)放入workQueue中；

（3）如果workQueue隊列已經(jīng)滿了，則判斷當(dāng)前線程池中的線程數(shù)量是否大于maximumPoolSize，如果小于maximumPoolSize，則啟動一個非核心線程來執(zhí)行任務(wù)；

（4）如果線程池中線程數(shù)量大于或等于maximumPoolSize，那么線程池會根據(jù)設(shè)定的拒絕策略，做出相應(yīng)的措施。

• ThreadPoolExecutor.AbortPolic(默認(rèn))：拋出RejectedExecutionException異常；
• ThereadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：在當(dāng)前正在執(zhí)行的線程的execute方法中運行被拒絕的任務(wù)。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPoliy：丟棄workQueue中等待最長時間的任務(wù)，并將被拒絕的任務(wù)添加到隊列之中。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：將直接丟棄此線程。

（5）當(dāng)一個線程完成任務(wù)時，它會從workQueue中獲取下一個任務(wù)來執(zhí)行。

（6）當(dāng)一個線程空閑超過keepAliveTime設(shè)定的時間時，線程池會判斷，如果當(dāng)前線程數(shù)大于corePoolSize，那么這個線程就被停掉。所以線程池的所有任務(wù)完成后，它最終會收縮到corePoolSize的大小。
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四、如何合理的配置線程池的大小？

1、一般都是根據(jù)任務(wù)類型來配置線程池大小：

• 如果是 CPU 密集型：那么就意味著 CPU 是稀缺資源，這個時候通常不能通過增加線程數(shù)來提高計算能力，因為線程數(shù)量太多，會導(dǎo)致頻繁的上下文切換，一般這種情況下，建議合理的線程數(shù)值 = CPU數(shù) + 1，減少線程上下文的切換；
• 如果是 IO 密集型：說明需要較多的等待，因為 IO 操作并不占用CPU，大部分線程都阻塞，所以可以多配置線程數(shù)，讓CPU處理更多的業(yè)務(wù)，這個時候可以參考 Brain Goetz 的推薦方法，線程數(shù) = CPU核數(shù) × (1 + 平均等待時間/平均工作時間)。參考值可以是 N(CPU) 核數(shù) * 2。

當(dāng)然，這只是一個參考值，具體的設(shè)置還需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整，比如可以先將線程池大小設(shè)置為參考值，再觀察任務(wù)運行情況和系統(tǒng)負載、資源利用率來進行適當(dāng)調(diào)整。

2、有界隊列和無界隊列的配置：

一般情況下配置有界隊列，在一些可能會有爆發(fā)性增長的情況下使用無界隊列。任務(wù)非常多時，使用非阻塞隊列并使用CAS操作替代鎖可以獲得好的吞吐量。
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五、Executor 框架：

1、什么是 Executor 框架：

Executor 是一個用于任務(wù)執(zhí)行和調(diào)度的框架，目的是將任務(wù)的提交過程與執(zhí)行過程解耦，使得用戶只需關(guān)注任務(wù)的定義和提交，而不需要關(guān)注具體如何執(zhí)行以及何時執(zhí)行；其中，最頂層是 Executor 接口，它只有一個用于執(zhí)行任務(wù)的 execute() 方法。Executor框架主要由3大部分組成：

• （1）任務(wù)：實現(xiàn) Callable 接口或 Runnable 接口的類，其實例就可以成為一個任務(wù)提交給 ExecutorService 去執(zhí)行：其中 Callable 任務(wù)可以返回執(zhí)行結(jié)果，Runnable 任務(wù)無返回結(jié)果。
• （2）任務(wù)的執(zhí)行：包括任務(wù)執(zhí)行機制的核心接口 Executor，以及繼承自 Executor 的 ExecutorService 接口。Executor框架的關(guān)鍵類ThreadPoolExecutor 也實現(xiàn)了 ExecutorService 接口；
• （3）任務(wù)的異步計算結(jié)果：包括 Future 接口和實現(xiàn) Future 接口的 FutureTask 類、ForkJoinTask 類。
  

2、使用步驟：

把任務(wù)，如 Runnable 接口或 Callable 接口的實現(xiàn)類提交（submit、execute）給線程池執(zhí)行，如 ExecutorService、ThreadPoolExecutor 等。線程執(zhí)行完畢之后，會返回一個異步計算結(jié)果 Future，然后調(diào)用 Future 的 get()方法等待執(zhí)行結(jié)果即可，Future 的 get() 方法會導(dǎo)致主線程阻塞，直到任務(wù)執(zhí)行完成。

其中 Runnable 任務(wù)無返回結(jié)果，Callable 任務(wù)可以返回執(zhí)行結(jié)果，Callable 任務(wù)除了返回正常結(jié)果之外，如果發(fā)生異常，該異常也會被返回，即 Future 可以拿到異步執(zhí)行任務(wù)各種結(jié)果；在實際業(yè)務(wù)場景中，Future 和 Callable 基本是成對出現(xiàn)的，Callable 負責(zé)產(chǎn)生結(jié)果，Future 負責(zé)獲取結(jié)果。
另外，還有一個 Executors 類，它是一個工具類，提供了創(chuàng)建 ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 對象的靜態(tài)方法。

3、線程池中 submit() 和 execute() 方法有什么區(qū)別？

兩個方法都可以向線程池提交任務(wù)，execute() 方法的返回類型是 void，它定義在 Executor 接口中, 而 submit() 方法可以返回持有計算結(jié)果的 Future 對象，它定義在 ExecutorService 接口中，它擴展自 Executor 接口，其它線程池類像 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 都有這些方法。

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六、Java線程模型：Java線程與操作系統(tǒng)線程的關(guān)系：

現(xiàn)在 Java 線程的本質(zhì)，其實就是操作系統(tǒng)中的線程，Java 線程的實現(xiàn)是基于一對一的線程模型，通過語言級別層面程序去間接調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核的線程模型，即在使用 Java 線程時，JVM 是轉(zhuǎn)而調(diào)用當(dāng)前操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程來完成當(dāng)前任務(wù)。內(nèi)核線程就是由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線程，這種線程是由操作系統(tǒng)內(nèi)核來完成線程切換，內(nèi)核通過操作調(diào)度器進而對線程執(zhí)行調(diào)度，并將線程的任務(wù)映射到各個處理器上。

由于我們編寫的多線程程序?qū)儆谡Z言層面的，程序不會直接去調(diào)用內(nèi)核線程，取而代之的是一種輕量級的進程（Light Weight Process），也是通常意義上的線程，由于每個輕量級進程都會映射到一個內(nèi)核線程，因此我們可以通過輕量級進程調(diào)用內(nèi)核線程，進而由操作系統(tǒng)內(nèi)核將任務(wù)映射到各個處理器，這種輕量級進程與內(nèi)核線程間1對1的關(guān)系就稱為一對一的線程模型。

實際上從 Linux 內(nèi)核2.6開始，就把 LinuxThread 從 LWP 換成了新的線程實現(xiàn)方式NPTL，NPTL 解決了 LinuxThread 中絕大多數(shù)跟POSIX 標(biāo)準(zhǔn)不兼容的特性，并提供了更好的性能，可擴展性及可維護性等等。

Java 線程模型如下圖所示，每個線程最終都會映射到CPU中進行處理，如果CPU存在多核，那么一個CPU將可以并行執(zhí)行多個線程任務(wù)：

參考文章：

線程池源碼解析：https://juejin.cn/post/6927456645169545230
Java線程和操作系統(tǒng)線程的關(guān)系：https://juejin.cn/post/6918559409496915982
全面理解Java內(nèi)存模型及volatile關(guān)鍵字：https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72772461

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JUC多线程：线程池的创建及工作原理 和 Executor 框架的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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